Intercambiadores
de Calor:
CARACTERÍSTICAS
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Definición:
• Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado
para transferir calor de un fluido a otro, sea que estos
estén separados por una barrera sólida o que se
encuentren en contacto. Son parte esencial de los
dispositivos de refrigeración, acondicionamiento de
Aire, producción de Energía y procesamiento Químico.
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Tipos de Intercambiadores de Calor
• Dada la multitud de aplicaciones de estos dispositivos,
se puede realizar una clasificación dependiendo de su
construcción. Para la elección del mismo se consideran
aspectos como tipo de fluido, densidad, viscosidad,
contenido en sólidos, límite de temperaturas,
conductividad térmica, etc.
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Partes Principales
• La satisfacción de muchas demandas industriales requiere el
uso de un gran número de horquillas de doble tubo. Estas
consumen considerable área superficial así como presentan
un número considerable de puntos en los cuales puede haber
fugas. Cuando se requieren superficies grandes de
transferencia de calor, pueden ser mejor obtenidas por medio
de equipo de tubo y coraza.
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Intercambiador de Doble Tubo
• Las partes principales son dos juegos de tubos
concéntricos, dos tubos en “T” conectores, un cabezal
de retorno y un codo en U. La tubería interior se
soporta en la exterior mediante estoperos y el
fluido entra al tubo interior a través de una
conexión roscada localizada en la parte externa del
intercambiador.
5
Deflectores Segmentados
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Intercambiador de Placas
• De placas: formados por un
conjunto de placas de metal
corrugadas (acero inoxidable,
titanio, etc.) contenidas en un
bastidor. El sellado de las
placas se realiza mediante
juntas o bien pueden estar
soldadas.
7
Intercambiador de Tubos en U
• Tubulares:
formados
por un haz de tubos
corrugados
o
no,
realizado en diversos
materiales. El haz de
tubos se ubica dentro de
una
carcasa
para
permitir el intercambio
con el fluido a calentar o
enfriar.
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Intercambiador de Tubo Aleteado
• Tubo
aleteado:
se
compone de un tubo o
haz de tubos a los que se
sueldan
aletas
de
diferentes tamaños y
grosores para permitir el
intercambio entre fluidos
y gases. P. ej., radiador
de un vehículo
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Intercambiador de Un solo paso
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Intercambiador de Tubos en Espiral
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Intercambiador de Flujo Transversal
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Intercambiador de Cabezal Flotante
Interno
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Intercambiador de Espejo Fijo
14
Intercambiador de Cabezal Flotante con
Empaque Exterior
15
Intercambiador de Calor de Tubos en U
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Rehervidor de Cabezal Flotante de Caldera
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Intercambiador con Espejo empaquetado y
Anillo de Cierre Hidráulico
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Aplicaciones Industriales
• Industria alimentaria: enfriamiento, termización y pasteurización
de leche, zumos, bebidas carbonatadas, salsas, vinagres, vino,
jarabe de azúcar, aceite, etc.
• Industria química y petroquímica: producción de combustibles,
etanol, biodiésel, disolventes, pinturas, pasta de papel, aceites
industriales, plantas de cogeneración, etc.
• Industria del Aire acondicionado: cualquier proceso que implique
enfriamiento o calentamiento de los gases.
• Calefacción y Energía Solar: producción de agua caliente
sanitaria, calentamiento de piscinas, producción de agua caliente
mediante paneles solares, etc.
• Industria marina: enfriamiento de motores y lubricantes mediante
el empleo del agua del mar.
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Efectividad de un Intercambiador
• La efectividad de transferencia de calor se define como
la razón de la transferencia de calor lograda en un
intercambiador de calor a la máxima transferencia
posible, si se dispusiera de área infinita de transferencia
de calor.
• En contra flujo, es aparente que conforme aumenta el
área del intercambiador de calor, la temperatura de
salida del fluido mismo se aproxima a la temperatura de
entrada del fluido máximo en el límite conforme el área
se aproxima al infinito.
• En el caso del flujo paralelo, un área infinita solo
significa que la temperatura de ambos fluidos sería la
lograda si se permitiera que ambos se mezclaran
libremente en un intercambiador de tipo abierto.
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Inspección
• Conjunto de actividades que deben realizarse para
determinar la condición de un componente.
• Estas actividades incluyen:
– ensayos destructivos y no destructivos,
– mediciones, etc.
• Cada componente inspeccionado, se tiene siempre
un resultado de inspección, que debe analizarse y
documentarse.
21
Inspección
• Las metodologías de inspección que utilizan
“análisis de riesgo” se basan en parámetros
–
–
–
–
operacionales,
materiales de construcción,
medio ambiente y
condiciones reales de los equipos (luego de
haber prestado servicio durante varios años).
22
Inspección
• Este enfoque está reemplazando a los
sistemas de “inspección basada en el
tiempo”; los cuales consisten en la
inspección periódica del 100% de
losequipos
23
RBI
• Implementación de estrategias de inspección
para reducir el riesgo de falla a un nivel
aceptable.
• Por otro lado, a partir de un ranking de
criticidades se pueden identificar los
componentes de mayor riesgo de falla, que
necesitan ser monitoreados con mayor detalle.
De esta forma, es posible optimizar los
programas de inspección y mantenimiento.
24
RBI
• El enfoque principal de un estudio RBI es
asegurar la integridad, es decir,la contención
de todos los equipos estáticos; como así
también optimizar las tareas de inspección.
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Metodología
1. Generación de Base de Datos
–
–
–
–
–
Datos de proceso,
Datos de diseño
Descripción y evaluación de los mecanismos de
degradación, y
Compilación de las historias de inspección de
cada equipo y cañería de la unidad.
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Metodología
2. Definición y descripción de los circuitos
• de corrosión (CC) de la unidad.
• Un CC es una sección de la unidad que
tiene materiales de construcción y
condiciones de proceso “similares”.
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Metodología
3.Asignar los modos de falla relevantes a
cada TAG del CC. Cada TAG puede tener
asignado más de un modo de falla,por lo
que el estudio RBI se realiza para cada
combinación TAG-Modo de Falla posible
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Metodología
4. Evaluar las criticidades de todas las
combinaciones TAGModo de Falla
definidas. La evaluación de criticidades
requiere de la evaluación de las
probabilidades y consecuencias de falla.
Ambas se presentan en una matriz,
denominada matriz de criticidades.
29
Metodología
5. Definición de un índice de confianza para
cada combinación TAGModo de Falla.
El mismo es un indicador de la
confiabilidad con la que se predice la
probabilidad de falla
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Metodología
6. Definir los programas de
inspección. El objetivo de un programa de
inspección es especificar y realizar las
actividades necesarias para detectar el
deterioro del equipo en servicio antes de que
ocurra la falla y de esta forma evitarla.
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Metodología
• Muchas situaciones pueden llevar a la falla del
equipo,
1. errores de diseño,
2. defectos de fabricación,
3. mal funcionamiento de dispositivos de control,
4. daño progresivo,.
32
Metodología
Los parámetros que definen un programa de
inspección son:
1. ubicación de la inspección,
2. técnica a utilizar,
3. alcance de la inspección e
4. intervalo entre inspecciones.
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Metodología
Las tareas que surgen de un programa de
inspección dependen de los mecanismos de
corrosión que tengan asignados los componentes.
• Dependientes del tiempo,
• no dependientes del tiempo y,
• como caso especial, corrosión bajo aislación
(CUI,‘Corrosion Under Isolation’).
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Metodología
7.Revisión regular del programa
Algunos eventos que sugieren realizar una
revisión son:
• paradas de planta (planeadas o no),
• excursiones en la ventana operativa y
• cambios en la planta (incluyendo cambios
en las condiciones de proceso).
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